WO2021095362A1 - 駆動装置 - Google Patents

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WO2021095362A1
WO2021095362A1 PCT/JP2020/035383 JP2020035383W WO2021095362A1 WO 2021095362 A1 WO2021095362 A1 WO 2021095362A1 JP 2020035383 W JP2020035383 W JP 2020035383W WO 2021095362 A1 WO2021095362 A1 WO 2021095362A1
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input
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drive device
rotation detector
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PCT/JP2020/035383
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田村 光拡
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住友重機械工業株式会社
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    • F16HGEARING
    • F16H49/00Other gearings
    • F16H49/001Wave gearings, e.g. harmonic drive transmissions

Definitions

  • the present invention relates to a drive device.
  • Patent Document 1 discloses a robot device having a joint that is rotationally driven via a rotary motor and a speed reducer.
  • the robot device of Patent Document 1 includes an input side encoder that generates a pulse signal each time the rotary motor makes a minute rotation, a square wave generator that generates a pulse signal according to the rotation angle of the joint, and an output side of the speed reducer. It is equipped with an output side encoder that generates a pulse signal for each minute rotation of the joint and a control unit that calculates the twist angle of the joint from these pulse signals.
  • a drive device that amplifies and outputs the input torque via a speed reducer
  • distortion occurs between the input member and the output member according to the torque. If a distortion sensor or a high-resolution encoder is used to detect distortion, the cost of parts of the device increases.
  • An object of the present invention is to provide a drive device capable of keeping the cost of parts for detecting the torque of the drive device low.
  • the drive device is A drive device including an input member to which torque is input, a deceleration mechanism for decelerating the rotation of the input member, and an output member for transmitting the rotation decelerated by the deceleration mechanism.
  • An input-side rotation detector for detecting the rotation of the input member, and An output side rotation detector for detecting the rotation of the output member is further provided.
  • the part having the minimum Young's modulus between the torque input part and the deceleration mechanism is called the input side minimum rigidity part.
  • the output side minimum rigidity portion when the portion having the minimum Young's modulus in the section in which the torque amplified by the deceleration mechanism is transmitted is called the output side minimum rigidity portion, the Young's modulus of the output-side minimum rigidity portion is smaller than the Young's modulus of the input-side minimum rigidity portion.
  • the resolution of the output-side rotation detector is configured to be lower than the resolution of the input-side rotation detector.
  • a drive device including an input member to which torque is input, a deceleration mechanism for decelerating the rotation of the input member, and an output member for transmitting the rotation decelerated by the deceleration mechanism.
  • An input-side rotation detector for detecting the rotation of the input member, and An output side rotation detector for detecting the rotation of the output member is further provided.
  • the part having the minimum Young's modulus between the torque input part and the deceleration mechanism is called the input side minimum rigidity part.
  • the portion having the minimum Young's modulus in the section in which the torque amplified by the deceleration mechanism is transmitted when the portion having the minimum Young's modulus in the section in which the torque amplified by the deceleration mechanism is transmitted is called the output side minimum rigidity portion.
  • the Young's modulus of the input-side minimum rigidity portion is smaller than the Young's modulus of the output-side minimum rigidity portion.
  • the resolution of the input-side rotation detector is lower than the resolution of the output-side rotation detector.
  • the cost of parts for detecting the torque of the drive device can be kept low.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a driving device according to an embodiment of the present invention.
  • the application of the drive device 1 of the present embodiment is not particularly limited, but it can be used, for example, as a joint drive device of a collaborative robot that works in collaboration with a person.
  • the direction along the central axis O1 is referred to as an axial direction
  • the radial direction of the central axis O1 is referred to as a radial direction
  • the rotation direction centered on the central axis O1 is referred to as a circumferential direction.
  • the central shaft O1 is the central shaft of the shaft portion 16c of the output member 16 and the rotor shaft 13.
  • the side where the output member 16 is connected to the mating member 202 (left side in FIG. 1) is the output side, and the opposite side (right side in FIG. 1) is the non-output side or the input side. Called.
  • the drive device 1 of the present embodiment includes a frame portion 11 connected to a support member 201 outside the device, an electric motor 12 partially supported by the frame portion 11, and a rotor shaft to which torque is input by the electric motor 12. 13, a braking mechanism 14 that is partially supported by the frame portion 11 and can apply a braking force to the rotor shaft 13, a deceleration mechanism 15 that decelerates the rotational movement of the rotor shaft 13, and a rotational movement decelerated by the deceleration mechanism 15.
  • the output member 16 for outputting the above to the outside of the device, the circuit board (driver) 17 on which the drive circuit of the electric motor 12 is mounted, the input side rotation detector 18 for detecting the rotation of the rotor shaft 13, and the output member 16.
  • the deceleration mechanism 15, the electric motor 12, the braking mechanism 14, the rotation detector (input side rotation detector 18 and output side rotation detector 19), and the circuit board 17 are arranged in this order from the output side to the non-output side. Have been placed.
  • the rotor shaft 13 and the oscillating body 15a of the speed reduction mechanism 15 correspond to an example of the input member according to the present invention.
  • the frame portion 11 includes hollow tubular or annular members 11a to 11g connected to each other, and is supported by a support member 201 outside the apparatus.
  • the members 11f and 11g may be connected to the member 11e via the member of the speed reduction mechanism 15.
  • the support member 201 is fastened to the member 11f via a bolt, and the first internal gear 15d is co-tightened between the support member 201 and the member 11f.
  • the member 11a covers the internal configuration of the drive device 1 on the non-output side from the radial direction.
  • a circuit board 17, an input-side rotation detector 18, and an output-side rotation detector 19 may be arranged in a portion covered by the member 11a.
  • the member 11b covers the internal configuration of the drive device 1 from the axial direction on the non-output side.
  • the member 11b has a through hole penetrating in the axial direction, and the through hole of the member 11b is arranged so as to communicate with the through hole of the shaft portion 16c.
  • the outer ring of the bearing 21 is fitted to the member 11b, and the member 11b rotatably supports the shaft portion 16c via the bearing 21.
  • the member 11b is connected to the member 11a by a bolt or the like.
  • the member 11c is connected to the member 11a by a bolt or the like, and covers the internal configuration of the drive device 1 from the radial direction on the output side of the arrangement portion of the member 11a.
  • the braking mechanism 14 may be arranged in the portion covered by the member 11c.
  • the member 11d is connected to the member 11c by a bolt or the like, and covers the internal configuration of the drive device 1 from the radial direction on the output side of the arrangement portion of the member 11c.
  • the electric motor 12 may be arranged in the portion covered by the member 11d. A part of the electric motor 12 (stator 12a) is fixed to the frame portion 11 (for example, the member 11d).
  • the member 11e is arranged on the output side of the member 11d and is connected to the member 11d via a bolt or the like.
  • the outer ring of the bearing 23 is fitted to the member 11e, and the member 11e rotatably supports the shaft portion of the oscillator 15a via the bearing 23.
  • the member 11e is further connected to the first internal gear 15d of the speed reduction mechanism 15 by a bolt or the like.
  • the member 11f is arranged on the output side of the speed reduction mechanism 15, and is connected to the first internal gear 15d of the speed reduction mechanism 15 by a bolt or the like.
  • the first internal gear 15d extends from the counter-output side of the speed reduction mechanism 15 on which the tooth portion of the first internal gear 15d is arranged to the output side so as to cover the radial outer side of the second internal gear 15e. It has an extending portion, and this extending portion is connected to the member 11f.
  • the member 11g is connected to the member 11f and the first internal gear 15d by a bolt or the like, and covers the internal configuration on the output side of the drive device 1 from the radial direction.
  • the member 11f is fastened together between the member 11g and the second internal gear 15e.
  • the outer ring of the bearing 22 is fitted to the member 11g, and the member 11g rotatably supports the output member 16 via the bearing 22.
  • the member 11g has an extending portion extending to the output side of the bearing 22, and a seal of dust or a lubricant is fitted in the extending portion.
  • the structure of the frame portion 11 is not limited to the above-mentioned specific example.
  • the output member 16 includes members 16a and 16b and a shaft portion 16c connected to each other, and is rotatably supported by the frame portion 11 via bearings 21 and 22.
  • the output member 16 has a hollow structure (hollow tubular shape). A part of the output member 16 is exposed on the output side, and the exposed part is connected to the mating member 202. More specifically, the shaft portion 16c penetrates the speed reduction mechanism 15 and extends to the side where the rotor shaft 13 is located. A rotating portion 19a of the output-side rotation detector 19 is fixed to the shaft portion 16c on the counter-output side of the speed reduction mechanism 15.
  • the member 16a is arranged on the output side of the drive device 1, and one end of the shaft portion 16c is fitted.
  • the inner ring of the bearing 22 is fitted to the member 16a.
  • the member 16a has an extending portion extending to the output side of the bearing 22, and this extending portion is located on the inner peripheral side of the seal.
  • a collar is fitted in the extending portion to fill a gap on the inner peripheral side of the seal.
  • the member 16b is arranged on the output side of the speed reduction mechanism 15 on the anti-output side of the member 16a, a part of the output side of the member 16b is connected to the member 16a by a bolt or the like, and a part of the anti-output side of the member 16b is. It is connected to the second internal gear 15e of the speed reduction mechanism 15 by a bolt or the like.
  • the outer ring of the bearing 24 is fitted to the member 16b, and the member 16b rotatably supports the oscillating body 15a via the bearing 24.
  • the member 16b is connected to the mating member 202 via a bolt or the like.
  • a member 16a is fastened together between the member 16b and the mating member 202.
  • the structure of the output member 16 is not limited to the above-mentioned specific example.
  • the electric motor 12 has a stator 12a and a hollow tubular rotor 12b.
  • the rotor 12b is composed of a permanent magnet.
  • the rotor shaft 13 has a hollow structure and is externally fitted to the shaft portion 16c of the output member 16 with a gap in between.
  • the rotor shaft 13 is connected to the rotor 12b of the electric motor 12.
  • the electric motor 12 and the rotor shaft 13 are arranged on the opposite output side of the speed reduction mechanism 15.
  • a rotating portion 18a of the input-side rotation detector 18 is fixed to the rotor shaft 13 on the counter-output side.
  • the reduction gear 15 is a tubular flexible meshing gear mechanism, and includes a oscillating body 15a, a oscillating body bearing 15b, an external gear 15c that bends and deforms due to the rotation of the oscillating body 15a, and an external gear 15c. It includes a first internal gear 15d and a second internal gear 15e that mesh with each other.
  • the vibrating body 15a has a hollow structure and is fitted onto the shaft portion 16c of the output member 16 with a gap in between.
  • the exciter 15a is connected to the rotor shaft 13 (for example, spline connected) and rotates integrally with the rotor shaft 13.
  • the input member is composed of the rotor shaft 13 and the exciter 15a.
  • the shaft portion of the vibrating body 15a is rotatably supported by the frame portion 11 and the output member 16 via bearings 23 and 24.
  • the exciter 15a has a circular shape having a cross-sectional outer shape perpendicular to the axial direction in the shaft portion centered on the central axis O1, and an elliptical cross-sectional outer shape perpendicular to the axial direction at the portion where the vibrating body bearing 15b contacts. is there.
  • the external tooth gear 15c has flexibility.
  • the first internal gear 15d is connected to the frame portion 11 and meshes with the range on the opposite output side of the external gear 15c in the axial direction.
  • the second internal gear 15e is connected to the output member 16 and meshes with the range of the external gear 15c on the output side in the axial direction.
  • the rotational motion is input to the oscillator 15a, and the decelerated rotational motion is output to the second internal gear 15e.
  • the torque input to the exciter 15a is amplified, the amplified torque is transmitted to the second internal gear 15e, and the reaction force of the amplified torque is transmitted to the first internal gear 15d. It is transmitted. That is, the amplified torque is transmitted to the first internal gear 15d and the second internal gear 15e.
  • the first internal gear 15d and the second internal gear 15e are made of a resin material.
  • a resin material for example, a simple resin such as a synthetic resin, or a fiber reinforced resin such as FRP (Fiber-Reinforced Plastic) or CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic) can be applied.
  • FRP Fiber-Reinforced Plastic
  • CFRP Carbon Fiber Reinforced Plastic
  • the present invention is not limited to these, and various resin materials such as paper bake material and cloth bake material may be applied as the resin material.
  • the input-side rotation detector 18 has a rotating portion 18a that rotates integrally with the rotor shaft 13 and a detecting unit 18b that is arranged in the vicinity of the rotating portion 18a and detects the amount of rotation of the rotating portion 18a.
  • the output-side rotation detector 19 has a rotating portion 19a that rotates integrally with the output member 16 and a detecting unit 19b that is arranged in the vicinity of the rotating portion 19a and detects the amount of rotation of the rotating portion 19a.
  • the input-side rotation detector 18 and the output-side rotation detector 19 are, for example, rotary encoders that output the rotational displacement of the rotating portion as a digital signal, but may be a resolver that outputs as an analog signal, or other resolvers. It may be a rotation detector.
  • the rotary encoder may have a configuration having an optical detection unit or a configuration having a magnetic detection unit.
  • the input side rotation detector 18 and the output side rotation detector 19 may be different types of detectors.
  • the resolution of the input side rotation detector 18 is higher than the resolution of the output side rotation detector 19.
  • the resolution of the input side rotation detector 18 is 16 bits per rotation
  • the resolution of the output side rotation detector 19 is 8 bits per rotation.
  • the two detection units 18b and 19b are mounted on the circuit board 17, and the two rotation units 18a and 19a face each other from the output side of the circuit board 17. Is located in. More specifically, the installation position of the rotating portion 19a on the output member 16 and the installation position of the rotating portion 18a on the rotor shaft 13 are arranged at substantially the same positions in the axial direction, and similarly, the two detection units are arranged. 18b and 19b are arranged at substantially the same position in the axial direction. That is, the rotating portion 18a and the rotating portion 19a are arranged at overlapping positions when viewed from the radial direction, and the rotating portion 18a is arranged outside in the radial direction. Further, the detection unit 18b and the detection unit 19b are arranged at overlapping positions when viewed from the radial direction, and the detection unit 18b is arranged outside in the radial direction.
  • the external gear 15c bends and deforms so that the major axis position and the minor axis position move in the circumferential direction.
  • the period of this deformation is proportional to the rotation period of the exciter 15a.
  • the rotational motion of the exciter 15a is decelerated at a reduction ratio of 100: 2 and transmitted to the external gear 15c.
  • the external gear 15c since the external gear 15c also meshes with the second internal gear 15e, the meshing position between the external gear 15c and the second internal gear 15e also changes in the rotation direction due to the rotation of the exciter 15a.
  • the number of teeth of the second internal gear 15e and the number of teeth of the external gear 15c are the same, the external gear 15c and the second internal gear 15e do not rotate relatively, and the external teeth
  • the rotational motion of the gear 15c is transmitted to the second internal tooth gear 15e at a reduction ratio of 1: 1.
  • the rotational motion of the exciter 15a is decelerated at a reduction ratio of 100: 2, transmitted to the second internal gear 15e, and output from the second internal gear 15e to the mating member 202 via the output member 16. Tooth.
  • the rotational position of the rotor shaft 13 is detected by the input-side rotational detector 18, and the rotational position of the output member 16 is detected by the output-side rotational detector 19.
  • the part where the torque before amplification is transmitted is the section from the torque input part (connection part of the rotor 12b) on the rotor shaft 13 to the connection part with the exciter 15a and the connection part with the rotor shaft 13 on the exciter 15a. It is a section from to the contact portion with the exciter bearing 15b.
  • the above sections of the exciter 15a and the rotor shaft 13 are all made of a metal such as a steel material, for example. If the portion having the minimum Young's modulus among these sections is called the input side minimum rigidity portion, all of these sections correspond to the input side minimum rigidity portion, and the Young's modulus corresponds to the Young's modulus of the metal.
  • the portion of the rotor shaft 13 on the anti-deceleration mechanism side of the torque input portion is not a portion where the torque before amplification is transmitted (passed), there is no particular restriction on the material (Young's modulus), but in the present embodiment. Is made of metal like other parts of the rotor shaft 13.
  • the portion (section) through which the amplified torque is transmitted is composed of a portion that transmits and receives the amplified torque to the support member 201 and a portion through which the amplified torque transmitted to the mating member 202 passes.
  • the speed is reduced from the member 11f of the frame portion 11 to the sections 16b and 16a of the output member 16 via the first internal gear 15d, the external gear 15c and the second internal gear 15e.
  • the torque amplified by the mechanism 15 is transmitted.
  • the first internal gear 15d and the second internal gear 15e are made of a resin member as described above, and the other parts are made of a metal such as a steel material.
  • the output-side minimum rigidity part are the first internal gear 15d and the second internal gear 15e, and the Young's modulus is resin. Corresponds to the Young's modulus of the material.
  • the output-side reference position means the rotation position of the output member 16 corresponding to the rotation position of the rotor shaft 13 and the exciter 15a in an ideal configuration without distortion.
  • the amount of strain can be measured by the deviation of the output member 16 from the output side reference position. Further, since the torque and the strain amount have a certain relationship, the torque can be detected from the strain amount.
  • the strain in the rotation direction of the rotor shaft 13 is relatively small because only a small torque is applied, and the amount of strain is reduced by the reduction ratio via the reduction mechanism 15 to affect the output side. Therefore, even if the output side has an ideal configuration in which distortion does not occur, in order to detect the amount of distortion in the rotation direction of the rotor shaft 13 by the deviation of the output member 16 from the output side reference position, the output member 16 It is necessary to make the resolution of rotation detection very high.
  • the distortion of the output side member (output member 16, the first internal gear 15d, and the second internal gear 15e) in the rotational direction is relatively large because a large torque is applied, and the magnitude of the distortion is the output member 16. It directly affects the deviation of the rotation position of. Therefore, it is relatively easy to detect the amount of distortion in the rotation direction on the output side by the deviation of the output member 16 from the output side reference position.
  • the resolution of rotation detection on the output side needs to be equivalent to the notch of the reference position on the output side.
  • the measurement accuracy of the deviation (strain amount) of the output member 16 from the output side reference position is lowered by that amount.
  • the torque detection error becomes large as the measurement resolution of the strain amount becomes low.
  • the Young's modulus of the output side minimum rigidity portion is made lower than the Young's modulus of the input side minimum rigidity portion.
  • the distortion of the output member 16 in the rotation direction becomes large with respect to the torque, and even if the resolution of the measured strain amount becomes low, the torque detection error can be suppressed low.
  • the resolution of the output side rotation detector 19 can be made lower than the resolution of the input side rotation detector 18, so that the component cost of the output side rotation detector 19 can be reduced. It is suppressed.
  • FIG. 2 is a diagram showing a control configuration of the drive device according to the embodiment.
  • the drive device 1 of the present embodiment further includes a calculation unit 31 that calculates the torque output to the mating member 202.
  • the calculation unit 31 is a microcomputer or the like, and may be mounted on the circuit board 17, or may be provided separately from the circuit board 17.
  • the calculation unit 31 has an I / O 33 for inputting each detected value from the input side rotation detector 18 and the output side rotation detector 19, and a deviation and torque of the rotation position of the output member 16 from the output side reference position. It has a storage unit 34 that stores the data table 34a showing the relationship, and a torque calculation unit 32 that obtains the torque output from the output member 16 to the mating member 202.
  • the torque calculation unit 32 calculates the deviation of the rotation position of the output member 16 from the output reference position from each detected value of the input side rotation detector 18 and the output side rotation detector 19, and collates the calculation result with the data table 34a.
  • the torque can be calculated.
  • Each table value of the data table 34a is obtained by experimentally applying various torques and measuring the deviation.
  • the torque obtained by the calculation unit 31 is output to, for example, a higher-level control device, and when the limit torque is exceeded, the device is stopped, or something unexpected (for example, a person) comes into contact with the mating member 202. It may be used for data to detect.
  • the Young's modulus of the output side minimum rigidity portion (first internal gear 15d and second internal gear 15e) is the input side minimum rigidity portion (rotor shaft 13). And the Young's modulus of the exciter 15a) is lower. Further, the resolution of the output side rotation detector 19 is lower than the resolution of the input side rotation detector 18. Therefore, as described above, it is possible to detect the torque with less error from the detected values of the input side rotation detector 18 and the output side rotation detector 19 while reducing the cost of the output side rotation detector 19.
  • the output side minimum rigidity portion is composed of a resin material
  • the input side minimum rigidity portion is composed of a metal material. According to such a configuration, it is possible to obtain appropriate rigidity and appropriate flexibility suitable for reducing the error of torque detection while suppressing the deterioration of the kinetic performance of the drive device 1. Further, since it has an appropriate rigidity and an appropriate flexibility, it can be satisfactorily adapted as a device for moving the joints of a collaborative robot that works in collaboration with a person, for example.
  • a calculation unit 31 for calculating the torque output to the mating member 202 from the detection values of the input side rotation detector 18 and the output side rotation detector 19 is provided.
  • the torque output to the mating member 202 can be converted into the torque acting on each part between the output member 16 and the input member (rotor shaft 13 and the exciter 15a). It can also be regarded as calculating the torque acting on each of the above parts. According to such a calculation unit 31, the torque can be obtained without using an expensive sensor that directly detects the torque, and can be used for various controls according to the torque.
  • the internal gears (15d, 15e) of the reduction mechanism 15 are adopted as the minimum rigidity portion on the output side. If it is an internal gear, the thickness of the gear in the radial direction can be increased without changing the pitch diameter. Therefore, it is possible to easily compensate for the lack of strength caused by increasing the thickness of the gear and lowering the rigidity without changing the meshing structure and dimensions of the gear.
  • the reduction gear mechanism 15 is a tubular flexible meshing gear mechanism, and the first internal gear 15d and the second internal gear 15e are the minimum rigidity portions on the output side. It has been adopted. According to such a configuration, it is possible to easily realize a configuration in which an appropriate amount of deviation appears at the rotation position of the output member 16 according to the torque while suppressing a decrease in the device strength due to the provision of the output side minimum rigidity portion. it can.
  • the output member 16 has the shaft portion 16c, and the shaft portion 16c penetrates the reduction mechanism 15 to obtain the torque of the input member (rotor shaft 13 and the exciter 15a). It extends to the input side of.
  • the output-side rotation detector 19 is arranged closer to the input-side rotation detector 18 than the deceleration mechanism 15. Therefore, the positions where the input side rotation detector 18 and the output side rotation detector 19 are brought close to each other to draw out the two signals to the outside can be aggregated.
  • the signal lines for transmitting each signal can be aggregated to the arithmetic unit that uses the two signals. By integrating these, it is possible to collectively assemble the electric parts, so that the complexity of the assembly process of the drive device 1 can be reduced.
  • the Young's modulus of the output-side minimum rigidity portion is lower than the Young's modulus of the input-side minimum rigidity portion, and the resolution of the output-side rotation detector 19 is lower than the resolution of the input-side rotation detector 18.
  • the Young's modulus of the input side minimum rigidity portion is lower than the Young's modulus of the output side minimum rigidity portion, and the resolution of the input side rotation detector 18 is lower than the resolution of the output side rotation detector 19. It is a configuration. Others are the same as the drive device 1 of the first embodiment.
  • the first internal gear 15d and the second internal gear 15e of the reduction mechanism 15 are made of metal such as steel, while the torque in the input member (rotor shaft 13 and oscillator 15a).
  • a resin component may be included in the section through which is transmitted.
  • the rotation position of the rotor shaft 13 corresponding to the rotation position of the output member 16 is set as the input side reference position, and the rotation position of the rotor shaft 13 is input.
  • the torque is obtained based on the deviation from the side reference position, a large distortion corresponding to the torque can be obtained on the input side rather than the output side. Therefore, the torque can be obtained with relatively high accuracy while reducing the resolution of the input-side rotation detector 18 to reduce the cost.
  • the reduction mechanism is not limited to the tubular type bending meshing gear mechanism, but various mechanisms such as a so-called cup type or top hat type bending meshing gear mechanism, a planetary gear mechanism, and an eccentric swing type reduction mechanism are applied. You may. Further, in the above embodiment, an example is shown in which the one having the lower Young's modulus is the resin and the one having the higher Young's modulus is the metal among the minimum rigidity portion on the input side and the minimum rigidity portion on the output side.
  • the material is not particularly limited as long as it is maintained, and for example, two types of metals having different Young's moduluss may be applied to one having a low Young's modulus and the other having a high Young's modulus.
  • the output side minimum rigidity portion has the torque amplified by the reduction mechanism. It may be provided in the transmission section, for example, one of the first internal gear 15d and the second internal gear 15e, or an output member, a frame portion, or a part thereof may be applied.
  • the entire rotor shaft 13 and the exciter 15a are set as the input side minimum rigidity portion, but the input side minimum rigidity portion is provided between the torque input portion and the deceleration mechanism in the input member.
  • the Young's modulus of the rotor shaft 13 and the oscillator 15a may be different so that the Young's modulus is lower.
  • the braking mechanism 14, the circuit board 17, or both of the drive device 1 of the embodiment may be omitted, or a mechanism for generating rotational power such as the electric motor 12 is omitted, and instead, the rotational power is externally generated. May be adopted so that is input to the input member via the motion transmission mechanism.
  • the details shown in the embodiments can be appropriately changed without departing from the spirit of the invention.
  • the present invention can be used as a drive device.

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Abstract

駆動装置から出力されるトルクを高い精度で検出でき、かつ、トルクを検出するための部品コストを低く抑えることのできる駆動装置を提供する。駆動装置(1)は、トルクが入力される入力部材(13、15a)と、減速機構(15)と、減速された回転が伝達される出力部材(16)と、入力部材の回転を検出するための入力側回転検出器(18)と、出力部材の回転を検出するための出力側回転検出器(19)と備える。そして、減速機構(15)及び出力部材(16)においてヤング率が最小の部位(15d、15e)のヤング率が、入力部材(13、15a)においてヤング率が最小の部位のヤング率よりも小さく、出力側回転検出器(19)の分解能が、入力側回転検出器(18)の分解能よりも低い。

Description

駆動装置
 本発明は、駆動装置に関する。
 特許文献1には、回転モータ及び減速機を介して回転駆動される関節を有するロボット装置が開示されている。特許文献1のロボット装置は、回転モータが微小回転するごとにパルス信号を生成する入力側エンコーダと、関節の回動角度に応じてパルス信号を生成する矩形波発生部と、減速機の出力側で関節の微小角度の回動ごとにパルス信号を生成する出力側エンコーダと、これらのパルス信号から関節のねじれ角度を演算する制御部とを備えている。
特開2014-65097号公報
 入力されたトルクを減速機を介して増幅して出力する駆動装置においては、トルクに応じて入力部材と出力部材との間に歪みが生じる。歪みを検出するために、歪みセンサを用いたり、あるいは、高分解能のエンコーダを用いたりすると、装置の部品コストが高騰する。
 本発明は、駆動装置のトルクを検出するための部品コストを低く抑えることのできる駆動装置を提供することを目的とする。
 本発明に係る駆動装置は、
 トルクが入力される入力部材と、前記入力部材の回転を減速する減速機構と、前記減速機構により減速された回転が伝達される出力部材と、を備えた駆動装置であって、
 前記入力部材の回転を検出するための入力側回転検出器と、
 前記出力部材の回転を検出するための出力側回転検出器と、を更に備え、
 前記入力部材においてトルクの入力部位から前記減速機構までの間でヤング率が最小の部位を入力側最小剛性部位と呼び、
 前記減速機構及び出力部材において、前記減速機構により増幅されたトルクが伝わる区間内でヤング率が最小の部位を出力側最小剛性部位と呼んだときに、
 前記出力側最小剛性部位のヤング率が前記入力側最小剛性部位のヤング率よりも小さく、
 前記出力側回転検出器の分解能が、前記入力側回転検出器の分解能よりも低く構成される。
 本発明に係るもう一つの駆動装置は、
 トルクが入力される入力部材と、前記入力部材の回転を減速する減速機構と、前記減速機構により減速された回転が伝達される出力部材と、を備えた駆動装置であって、
 前記入力部材の回転を検出するための入力側回転検出器と、
 前記出力部材の回転を検出するための出力側回転検出器と、を更に備え、
 前記入力部材においてトルクの入力部位から前記減速機構までの間でヤング率が最小の部位を入力側最小剛性部位と呼び、
 前記減速機構及び出力部材において、前記減速機構により増幅されたトルクが伝わる区間内でヤング率が最小の部位を出力側最小剛性部位と呼んだときに、
 前記入力側最小剛性部位のヤング率が前記出力側最小剛性部位のヤング率よりも小さく、
 前記入力側回転検出器の分解能が前記出力側回転検出器の分解能よりも低く構成される。
 本発明によれば、駆動装置のトルクを検出するための部品のコストを低く抑えることができる。
本発明の実施形態の駆動装置を示す断面図である。 実施形態に係る駆動装置の制御構成を示す図である。
 以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
 図1は、本発明の実施形態の駆動装置を示す断面図である。本実施形態の駆動装置1の用途は特に限定されないが、例えば人と協働して作業を行う協働ロボットの関節駆動装置として使用することができる。以下、中心軸O1に沿った方向を軸方向、中心軸O1の半径方向を径方向、中心軸O1を中心とする回転方向を周方向と呼ぶ。中心軸O1は、出力部材16の軸部16c及びロータ軸13の中心軸である。さらに、中心軸O1の軸方向において、出力部材16が相手部材202に連結される方(図1の左方)を出力側、その反対側(図1の右方)を反出力側又は入力側と呼ぶ。
 本実施形態の駆動装置1は、装置外の支持部材201に連結される枠部11と、枠部11に一部が支持された電動モータ12と、電動モータ12によりトルクが入力されるロータ軸13と、枠部11に一部が支持されロータ軸13に制動力を付与可能な制動機構14と、ロータ軸13の回転運動を減速する減速機構15と、減速機構15により減速された回転運動を装置の外部へ出力する出力部材16と、電動モータ12の駆動回路が搭載された回路基板(ドライバ)17と、ロータ軸13の回転を検出する入力側回転検出器18と、出力部材16の回転を検出する出力側回転検出器19とを備える。減速機構15、電動モータ12、制動機構14、回転検出部(入力側回転検出器18及び出力側回転検出器19)、並びに、回路基板17が、この順で出力側から反出力側へ並んで配置されている。ロータ軸13、並びに、減速機構15の起振体15aが、本発明に係る入力部材の一例に相当する。
 枠部11は、互いに連結された中空筒状又は環状の部材11a~11gを含み、装置外の支持部材201により支持される。部材11f、11gは、減速機構15の部材を介して、部材11eと連結されていてもよい。図1の具体例では、支持部材201が部材11fにボルトを介して締結され、支持部材201と部材11fとの間に第1内歯歯車15dが共締めされている。より具体的には、部材11aは、駆動装置1の反出力側の内部構成を径方向から覆う。部材11aにより覆われる部分には、回路基板17、入力側回転検出器18及び出力側回転検出器19が配置されていてもよい。部材11bは、反出力側において駆動装置1の内部構成を軸方向から覆う。部材11bは、軸方向に貫通する貫通孔を有し、部材11bの貫通孔が軸部16cの貫通孔と連通するように配置される。部材11bには、軸受21の外輪が嵌合され、部材11bは軸部16cを軸受21を介して回転可能に支持する。部材11bは、部材11aにボルト等により連結される。部材11cは、部材11aにボルト等により連結され、部材11aの配置部位よりも出力側において、駆動装置1の内部構成を径方向から覆う。部材11cにより覆われる部分には、制動機構14が配置されていてもよい。部材11dは、部材11cにボルト等により連結され、部材11cの配置部位よりも出力側において、駆動装置1の内部構成を径方向から覆う。部材11dにより覆われる部分には、電動モータ12が配置されていてもよい。電動モータ12の一部(ステータ12a)は、枠部11(例えば部材11d)に固定されている。部材11eは、部材11dの出力側に配置され、部材11dにボルト等を介して連結されている。部材11eには、軸受23の外輪が嵌合され、部材11eは、起振体15aの軸部を軸受23を介して回転可能に支持する。部材11eは、さらに、減速機構15の第1内歯歯車15dにボルト等により連結されている。部材11fは、減速機構15の出力側に配置され、減速機構15の第1内歯歯車15dにボルト等により連結されている。第1内歯歯車15dは、第1内歯歯車15dの歯部が配置される減速機構15の反出力側から、第2内歯歯車15eの径方向外側を覆うように出力側へ延在する延在部を有し、この延在部が部材11fと連結されている。部材11gは、部材11f及び第1内歯歯車15dとボルト等により連結され、駆動装置1の出力側の内部構成を径方向から覆う。部材11fは、部材11gと第2内歯歯車15eとの間に共締めされている。部材11gには、軸受22の外輪が嵌合され、部材11gは軸受22を介して出力部材16を回転可能に支持する。部材11gは、軸受22よりも出力側へ延在する延在部を有し、この延在部にダスト又は潤滑材のシールが嵌合されている。なお、枠部11の構造は、上述の具体例に限られない。
 出力部材16は、互いに連結された部材16a、16b及び軸部16cを含み、枠部11に軸受21、22を介して回転可能に支持されている。出力部材16は、ホロー構造(中空筒状)を有している。出力部材16は、出力側に一部が露出され、露出された部分が、相手部材202に連結される。より具体的には、軸部16cは、減速機構15を貫通してロータ軸13のある方まで延在する。軸部16cには、減速機構15よりも反出力側において、出力側回転検出器19の回転部19aが固定されている。部材16aは、駆動装置1の出力側に配置され、軸部16cの一端が嵌合されている。部材16aには、軸受22の内輪が嵌合されている。部材16aは、軸受22よりも出力側に延在する延在部を有し、この延在部がシールの内周側に位置する。延在部には、例えばカラーが嵌合し、シールの内周側の隙間が埋められる。部材16bは、部材16aの反出力側で、減速機構15の出力側に配置され、部材16bの出力側の一部が部材16aとボルト等により連結され、部材16bの反出力側の一部が減速機構15の第2内歯歯車15eとボルト等により連結されている。部材16bには、軸受24の外輪が嵌合され、部材16bは、軸受24を介して起振体15aを回転可能に支持する。部材16bは、相手部材202とボルト等を介して連結される。部材16bと相手部材202との間には、部材16aが共締めされている。なお、出力部材16の構造は、上述の具体例に限られない。
 電動モータ12は、ステータ12aと、中空筒状のロータ12bとを有する。本実施形態において、ロータ12bは、永久磁石により構成される。
 ロータ軸13は、ホロー構造を有し、出力部材16の軸部16cに間隙を挟んで外嵌されている。ロータ軸13は、電動モータ12のロータ12bと連結されている。電動モータ12及びロータ軸13は、減速機構15の反出力側に配置されている。ロータ軸13には、反出力側において、入力側回転検出器18の回転部18aが固定されている。
 減速機構15は、筒型の撓み噛合式歯車機構であり、起振体15aと、起振体軸受15bと、起振体15aの回転により撓み変形する外歯歯車15cと、外歯歯車15cと噛合う第1内歯歯車15d及び第2内歯歯車15eとを備える。起振体15aは、ホロー構造を有し、間隙を挟んで出力部材16の軸部16cに外嵌する。起振体15aは、ロータ軸13に連結(例えばスプライン連結)され、ロータ軸13と一体的に回転する。ロータ軸13と起振体15aにより入力部材が構成される。起振体15aは、軸部が軸受23、24を介して枠部11と出力部材16とに回転可能に支持されている。起振体15aは、軸部における軸方向に垂直な断面外形が中心軸O1を中心とする円形であり、起振体軸受15bが接触する部分における軸方向に垂直な断面外形が例えば楕円状である。外歯歯車15cは可撓性を有する。第1内歯歯車15dは、枠部11に連結され、外歯歯車15cの軸方向の反出力側の範囲に噛合う。第2内歯歯車15eは、出力部材16に連結され、外歯歯車15cの軸方向の出力側の範囲に噛合う。
 減速機構15においては、起振体15aに回転運動が入力され、減速された回転運動が第2内歯歯車15eに出力される。減速機構15において、起振体15aに入力されるトルクは増幅され、増幅されたトルクは第2内歯歯車15eに伝達され、かつ、増幅されたトルクの反力が第1内歯歯車15dに伝わる。すなわち、増幅されたトルクは、第1内歯歯車15dと第2内歯歯車15eとに伝わる。
 第1内歯歯車15d及び第2内歯歯車15eは、樹脂材料から構成される。樹脂材料としては、例えば、合成樹脂などの単純樹脂、FRP(Fiber-Reinforced Plastic)、CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic)などの繊維強化樹脂を適用できる。しかし、これらに限られず、樹脂材料として紙ベーク材又は布ベーク材などの様々な樹脂材料が適用されてもよい。
 入力側回転検出器18は、ロータ軸13と一体的に回転する回転部18aと、回転部18aの近傍に配置され、回転部18aの回転量を検出する検出部18bとを有する。出力側回転検出器19は、出力部材16と一体的に回転する回転部19aと、回転部19aの近傍に配置され、回転部19aの回転量を検出する検出部19bとを有する。入力側回転検出器18及び出力側回転検出器19は、例えば回転部の回転の変位をデジタル信号として出するロータリーエンコーダであるが、アナログ信号として出力するレゾルバであってもよいし、それ以外の回転検出器であってもよい。ロータリーエンコーダは、光学式の検出部を有する構成であってもよいし、磁気的な検出部を有する構成であってもよい。入力側回転検出器18と出力側回転検出器19とは異なる種類の検出器であってもよい。
 入力側回転検出器18の分解能は、出力側回転検出器19の分解能よりも高い。例えば、入力側回転検出器18の分解能は1回転16bitであるのに対して、出力側回転検出器19の分解能は1回転8bitである。
 入力側回転検出器18及び出力側回転検出器19において、2つの検出部18b、19bは回路基板17に搭載されており、2つの回転部18a、19aは回路基板17の出力側から対向するように配置されている。より具体的には、出力部材16への回転部19aの設置位置と、ロータ軸13への回転部18aの設置位置とは、軸方向のほぼ同一位置に配置され、同様に、2つの検出部18b、19bは、軸方向におけるほぼ同一位置に配置されている。つまり、回転部18aと回転部19aは、径方向から見て重なる位置に配置され、回転部18aが径方向外側に配置されている。また、検出部18bと検出部19bは、径方向から見て重なる位置に配置され、検出部18bが径方向外側に配置されている。
 <動作説明>
 電動モータ12が駆動してロータ軸13及び起振体15aが回転すると、起振体15aの運動が外歯歯車15cに伝わる。このとき、外歯歯車15cは、起振体15aの外周面に沿った形状に規制され、軸方向から見て、長軸部分と短軸部分とを有する楕円形状に撓んでいる。さらに、外歯歯車15cは、固定された第1内歯歯車15dと長軸部分で噛合っている。このため、外歯歯車15cは起振体15aと同じ回転速度で回転することはなく、外歯歯車15cの内側で起振体15aが相対的に回転する。そして、この相対的な回転に伴って、外歯歯車15cは長軸位置と短軸位置とが周方向に移動するように撓み変形する。この変形の周期は、起振体15aの回転周期に比例する。外歯歯車15cが撓み変形する際、その長軸位置が移動することで、外歯歯車15cと第1内歯歯車15dとの噛合う位置が回転方向に変化する。ここで、外歯歯車15cの歯数が100で、第1内歯歯車15dの歯数が102だとする。すると、噛合う位置が一周するごとに、外歯歯車15cと第1内歯歯車15dとの噛合う歯がずれていき、これにより外歯歯車15cが回転(自転)する。上記の歯数であれば、起振体15aの回転運動は減速比100:2で減速されて外歯歯車15cに伝達される。一方、外歯歯車15cは第2内歯歯車15eとも噛合っているため、起振体15aの回転によって外歯歯車15cと第2内歯歯車15eとの噛合う位置も回転方向に変化する。ここで、第2内歯歯車15eの歯数と外歯歯車15cの歯数とが同数であるとすると、外歯歯車15cと第2内歯歯車15eとは相対的に回転せず、外歯歯車15cの回転運動が減速比1:1で第2内歯歯車15eへ伝達される。これらによって、起振体15aの回転運動が減速比100:2で減速されて、第2内歯歯車15eへ伝達され、第2内歯歯車15eから出力部材16を介して相手部材202に出力される。
 上記の回転運動の伝達中、ロータ軸13の回転位置は入力側回転検出器18により検出され、出力部材16の回転位置は出力側回転検出器19により検出される。
 <トルクの伝達と検出>
 ここでは、出力部材16に連結された相手部材202に駆動装置1からトルク及び回転運動を伝達する場合を説明する。この場合、電動モータ12から出力されるトルク及び回転運動は、ロータ軸13から減速機構15に伝達され、減速機構15でトルクが増幅され、かつ、回転運動が減速される。そして、増幅されたトルクと減速された回転運動が減速機構15から出力部材16を介して相手部材202に伝達される。
 増幅前のトルクが伝わる部位は、ロータ軸13におけるトルクの入力部位(ロータ12bの接続部位)から起振体15aとの連結部位までの区間と、起振体15aにおけるロータ軸13との連結部位から起振体軸受15bとの接触部位までの区間である。起振体15a及びロータ軸13における上記の区間は、例えば全て鋼材などの金属から構成される。これらの区間のうち、ヤング率が最小の部位を入力側最小剛性部位と呼べば、これらの区間の全てが入力側最小剛性部位に相当し、そのヤング率は金属のヤング率に相当する。なお、ロータ軸13のトルク入力部位よりも反減速機構側の部分は、増幅前のトルクが伝わる(通過する)部分ではないので、素材(ヤング率)の制約は特にないが、本実施形態においては、ロータ軸13の他の部位と同様に金属で構成されている。
 増幅後のトルクが伝わる部位(区間)は、増幅後のトルクを支持部材201に伝達して受け止める部分と、相手部材202に伝達する増幅後のトルクが通過する部分と、から構成され、枠部11における支持部材201との連結部位から第1内歯歯車15dとの連結部位までの区間と、第1内歯歯車15d、外歯歯車15c、第2内歯歯車15e、出力部材16における第2内歯歯車15eとの連結部位から相手部材202との連結部位までの区間である。図1の具体例においては、枠部11の部材11fから第1内歯歯車15d、外歯歯車15c及び第2内歯歯車15eを経て、出力部材16の部材16b、16aまでの区間に、減速機構15により増幅されたトルクが伝わる。これらのうち、第1内歯歯車15d、第2内歯歯車15eは、上述したように樹脂部材により構成されており、その他の部位は鋼材などの金属により構成されている。これらの部位のうち、ヤング率が最小の部位を出力側最小剛性部位と呼べば、出力側最小剛性部位は、第1内歯歯車15d及び第2内歯歯車15eであり、そのヤング率は樹脂材料のヤング率に相当する。
 トルクが伝達される際、トルクにより部材に歪みが生じるため、出力部材16の回転位置は出力側基準位置からずれる。出力側基準位置とは、歪みがない理想的な構成において、ロータ軸13及び起振体15aの回転位置に対応した出力部材16の回転位置を意味する。出力部材16の出力側基準位置からのズレにより、歪み量を測定できる。さらに、トルクと歪み量とは一定の関係を有するため、歪み量からトルクを検出できる。
 ロータ軸13の回転方向の歪みは、小さいトルクしか加わらないため、比較的に小さく、さらに、歪み量が減速機構15を介して減速比分小さくされて出力側に影響する。したがって、仮に出力側が歪みの生じない理想的な構成であったとしても、ロータ軸13の回転方向の歪み量を、出力部材16の出力側基準位置からのズレにより検出するには、出力部材16の回転検出の分解能を非常に高くする必要がある。
 出力側の部材(出力部材16、第1内歯歯車15d及び第2内歯歯車15e)の回転方向の歪みは、大きなトルクが加わるため比較的に大きく、さらに、歪みの大きさは出力部材16の回転位置のズレとしてダイレクトに影響する。したがって、出力側の回転方向の歪み量を、出力部材16の出力側基準位置からのズレにより検出するのは比較的に容易である。
 しかしながら、出力側基準位置は、ロータ軸13の回転位置に応じて決定されるが、ロータ軸13の回転量は減速機構15の減速比で小さくされて出力側へ伝達される。このため、ロータ軸13の回転検出の分解能に対して、出力側基準位置は細かく決定できる。例えば、ロータ軸13の回転位置が1度ごとに検出可能であり、減速比が1/50であれば、出力側基準位置は0.02度(=1度/50)ごとに決定可能である。出力側基準位置が細かく決定できれば、出力部材16の出力側基準位置からのズレを高い精度で測定できる。この場合、出力側の回転検出の分解能は、出力側基準位置の刻み目と同等である必要がある。出力側の回転検出の分解能を下げると、その分、出力部材16の出力側基準位置からのズレ(歪み量)の測定精度は低下する。トルクに対して歪み量が小さい場合、歪み量の測定分解能が低くなると、トルク検出の誤差が大きくなる。
 そこで、本実施形態では、出力側最小剛性部位のヤング率を、入力側最小剛性部位のヤング率よりも低くしている。これにより、トルクに対して出力部材16の回転方向の歪みが大きくなり、測定される歪み量の分解能が低くなっても、トルクの検出誤差を低く抑えられる。さらに、測定される歪み量の許容分解能を低くできることから、出力側回転検出器19の分解能を、入力側回転検出器18の分解能よりも低くすることで、出力側回転検出器19の部品コストが抑制される。
 <トルクの演算構成>
 図2は、実施形態に係る駆動装置の制御構成を示す図である。
 本実施形態の駆動装置1は、さらに、図2に示すように、相手部材202に出力されるトルクを演算する演算部31を備える。演算部31は、マイクロコンピュータ等であり、回路基板17に搭載されていてもよいし、回路基板17とは別体に設けられていてもよい。
 演算部31は、例えば、入力側回転検出器18及び出力側回転検出器19から各検出値を入力するI/O33と、出力部材16の回転位置の出力側基準位置からのズレとトルクとの関係が示されたデータテーブル34aを記憶した記憶部34と、出力部材16から相手部材202に出力されるトルクを求めるトルク計算部32とを有する。トルク計算部32は、入力側回転検出器18及び出力側回転検出器19の各検出値から出力部材16の回転位置の出力基準位置からのズレを計算し、計算結果をデータテーブル34aに照合してトルクを求めることができる。データテーブル34aの各テーブル値は、実験により様々なトルクを加えてズレを測定することで求められる。
 演算部31により求められたトルクは、例えば上位の制御装置へ出力され、制限トルクを超えたときに装置を停止したり、相手部材202に予期しない何か(例えば、人)が接触したことを検出したりするためのデータに使用されてもよい。
 以上のように、本実施形態の駆動装置1によれば、出力側最小剛性部位(第1内歯歯車15d及び第2内歯歯車15e)のヤング率が、入力側最小剛性部位(ロータ軸13及び起振体15a)のヤング率よりも低い。さらに、出力側回転検出器19の分解能が、入力側回転検出器18の分解能よりも低い。したがって、前述したように、出力側回転検出器19のコストの低減を図りつつ、入力側回転検出器18及び出力側回転検出器19の各検出値から誤差の少ないトルクを検出することができる。
 さらに、本実施形態の駆動装置1によれば、出力側最小剛性部位は樹脂材料から構成され、入力側最小剛性部位は金属材料から構成される。このような構成によれば、駆動装置1の運動性能の低下を抑制しつつ、トルク検出の誤差を小さくするのに適した、適度な剛性と適度な柔軟性とを得ることができる。また、適度の剛性と、適度な柔軟性とを有することから、例えば人と協働して作業を行う協働ロボットの関節を動かす装置として良好に適応できる。
 さらに、本実施形態の駆動装置1によれば、入力側回転検出器18及び出力側回転検出器19の検出値から相手部材202に出力されるトルクを演算する演算部31を備える。なお、相手部材202に出力されるトルクは、出力部材16から入力部材(ロータ軸13及び起振体15a)の間の各部位に作用するトルクに換算可能であり、よって、演算部31は、上記各部位に作用するトルクを演算しているものとみなすこともできる。このような演算部31によれば、トルクを直接的に検出する高価なセンサを用いなくてもトルクを求めることができ、トルクに応じた様々な制御に利用することができる。
 さらに、本実施形態の駆動装置1によれば、出力側最小剛性部位として減速機構15の内歯歯車(15d、15e)が採用されている。内歯歯車であれば、ピッチ径を変えずに歯車の径方向の厚みを増すことができる。したがって、歯車の噛合構造及び寸法を変更せずに、歯車の厚みを増して、剛性を低くしたことに起因する強度不足を容易に補填できる。
 さらに、本実施形態の駆動装置1によれば、減速機構15は、筒型の撓み噛合式歯車機構であり、出力側最小剛性部位として第1内歯歯車15dと第2内歯歯車15eとが採用されている。このような構成によれば、出力側最小剛性部位を設けたことによる装置強度の低下を抑制しつつ、トルクに応じて出力部材16の回転位置に適度なズレ量が出現する構成を容易に実現できる。
 さらに、本実施形態の駆動装置1によれば、出力部材16が軸部16cを有し、軸部16cが減速機構15を貫通することで入力部材(ロータ軸13及び起振体15a)のトルクの入力側まで延在している。そして、出力側回転検出器19が、減速機構15よりも入力側回転検出器18の近くに配置されている。したがって、入力側回転検出器18と出力側回転検出器19とを近づけて2つの信号を外部へ引き出す位置を集約できる。あるいは、2つの信号を使用する演算部へ各信号を伝送する信号線を集約できる。これらの集約により、電気部品の組付けをまとめて行えることから、駆動装置1の組立工程の煩雑さを低減できる。
 (変形例)
 上記実施形態では、出力側最小剛性部位のヤング率が、入力側最小剛性部位のヤング率よりも低く、出力側回転検出器19の分解能が、入力側回転検出器18の分解能よりも低い構成とした。変形例の駆動装置は、入力側最小剛性部位のヤング率が、出力側最小剛性部位のヤング率よりも低く、入力側回転検出器18の分解能が、出力側回転検出器19の分解能よりも低い構成である。その他は、実施形態1の駆動装置1と同様である。変形例の駆動装置では、例えば、減速機構15の第1内歯歯車15d及び第2内歯歯車15eが、鋼材などの金属である一方、入力部材(ロータ軸13及び起振体15a)におけるトルクが伝達される区間に例えば樹脂構成部を含んでもよい。
 変形例の駆動装置によれば、例えば、歪みのない理想的な構成において、出力部材16の回転位置に対応するロータ軸13の回転位置を入力側基準位置とし、ロータ軸13の回転位置の入力側基準位置からのズレに基づいてトルクを求める場合などに、出力側よりも入力側でトルクに応じた大きな歪みが得られる。したがって、入力側回転検出器18の分解能を低くしてコストの低減を図りつつ、比較的に高い精度でトルクを求めることができる。
 以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、減速機構は、筒型の撓み噛合式歯車機構に限られず、所謂カップ型又はシルクハット型の撓み噛合式歯車機構、遊星歯車機構、偏心揺動型減速機構など、様々な機構が適用されてもよい。また、上記実施形態では、入力側最小剛性部位と出力側最小剛性部位とのうちヤング率が低い方を樹脂、ヤング率が高い方を金属とした例を示したが、ヤング率の大小関係が維持されていれば素材は特に限定されず、例えば、ヤング率の異なる2種類の金属を、ヤング率の低い方と高い方とにそれぞれ適用してもよい。また、実施形態では、出力側最小剛性部位として、第1内歯歯車15d及び第2内歯歯車15eを適用した例を示したが、出力側最小剛性部位は、減速機構により増幅されたトルクが伝わる区間に設けられていればよく、例えば第1内歯歯車15d及び第2内歯歯車15eのうち一方であってもよいし、出力部材、枠部又はその一部が適用されてもよい。実施形態では、ロータ軸13及び起振体15aの全体が入力側最小剛性部位とされていたが、入力側最小剛性部位は、入力部材におけるトルク入力部位から減速機構までの間に設けられていればよく、例えばロータ軸13と起振体15aのヤング率を異ならせて、そのヤング率の低い方としてもよい。実施形態の駆動装置1に備わる制動機構14、回路基板17、又はこれら両方は省略されてもよいし、電動モータ12のような回転動力を発生する機構が省略され、その代わりに外部から回転動力が運動伝達機構を介して入力部材に入力される構成が採用されてもよい。その他、実施の形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
 本発明は、駆動装置に利用できる。
 1 駆動装置
 11 枠部
 12 電動モータ
 13 ロータ軸(入力部材)
 14 制動機構
 15 減速機構
 15a 起振体(入力部材)
 15c 外歯歯車
 15d 第1内歯歯車
 15e 第2内歯歯車
 16 出力部材
 16c 軸部
 17 回路基板
 18 入力側回転検出器
 18a 回転部
 18b 検出部
 19 出力側回転検出器
 19a 回転部
 19b 検出部
 31 演算部
 32 トルク計算部
 34a データテーブル
 201 支持部材
 202 相手部材

Claims (7)

  1.  トルクが入力される入力部材と、前記入力部材の回転を減速する減速機構と、前記減速機構により減速された回転が伝達される出力部材と、を備えた駆動装置であって、
     前記入力部材の回転を検出するための入力側回転検出器と、
     前記出力部材の回転を検出するための出力側回転検出器と、を更に備え、
     前記入力部材においてトルクの入力部位から前記減速機構までの間でヤング率が最小の部位を入力側最小剛性部位と呼び、
     前記減速機構及び出力部材において、前記減速機構により増幅されたトルクが伝わる区間内でヤング率が最小の部位を出力側最小剛性部位と呼んだときに、
     前記出力側最小剛性部位のヤング率が前記入力側最小剛性部位のヤング率よりも小さく、
     前記出力側回転検出器の分解能が、前記入力側回転検出器の分解能よりも低い、
     駆動装置。
  2.  前記入力側最小剛性部位は金属により構成され、
     前記出力側最小剛性部位は樹脂により構成される、
     請求項1記載の駆動装置。
  3.  前記入力側回転検出器の検出値と前記出力側回転検出器の検出値に基づいて、前記入力部材から前記出力部材の間の部位に作用するトルクを演算する演算部を更に備える、
     請求項1又は請求項2に記載の駆動装置。
  4.  前記減速機構は、内歯歯車と前記内歯歯車と噛合う外歯歯車とを有し、
     前記出力側最小剛性部位は前記内歯歯車である、
     請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の駆動装置。
  5.  前記減速機構は、外歯歯車と、前記外歯歯車を撓み変形させる起振体と、前記外歯歯車に噛合う第1内歯歯車及び第2内歯歯車とを有する撓み噛合式歯車機構であり、
     前記出力側最小剛性部位は前記第1内歯歯車及び前記第2内歯歯車である、
     請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の駆動装置。
  6.  前記出力部材は前記減速機構を貫通することで前記入力部材のトルクの入力側まで延在し、
     前記出力側回転検出器が、前記減速機構よりも入力側に設置されている、
     請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の駆動装置。
  7.  トルクが入力される入力部材と、前記入力部材の回転を減速する減速機構と、前記減速機構により減速された回転が伝達される出力部材と、を備えた駆動装置であって、
     前記入力部材の回転を検出するための入力側回転検出器と、
     前記出力部材の回転を検出するための出力側回転検出器と、を更に備え、
     前記入力部材においてトルクの入力部位から前記減速機構までの間でヤング率が最小の部位を入力側最小剛性部位と呼び、
     前記減速機構及び出力部材において、前記減速機構により増幅されたトルクが伝わる区間内でヤング率が最小の部位を出力側最小剛性部位と呼んだときに、
     前記入力側最小剛性部位のヤング率が前記出力側最小剛性部位のヤング率よりも小さく、
     前記入力側回転検出器の分解能が前記出力側回転検出器の分解能よりも低い、
     駆動装置。
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